污水管道深基坑防護(hù)鋼板樁選用及計(jì)算

污水管道深基坑鋼板樁選用中交四公局山水工程有限公司王永強(qiáng)一、工程概況北京西環(huán)北路規(guī)劃為城市主干路，長1.939km，污水管鋪設(shè)里程為K0+100~K1+870，污水管道直徑為DN400~DN500mm，溝槽開挖深度最大4.9m。西環(huán)北路污水管道溝槽開挖深度不足5m，但地下水位較高，地層主要為耕植土/素填土（平均厚度1.08m）、粉質(zhì)粘土/黏土（平均厚度：1.96m）、粉質(zhì)粘土（平均厚度：3.01m）；溝槽開挖時(shí)根據(jù)實(shí)際地址情況，采用鋼板樁防護(hù)。選取污水管道開挖最不利情況：磚段落樁號(hào)顧管道名稱屈地面實(shí)測高程血（m）周溝槽底高程（裹m）想高差（m）沖備注雷K0+山10愿0~K1+2傲80蹄及馳其他款地質(zhì)觀不良段爭西環(huán)北路污水炎管道劈5.2勵(lì)0.3菜4.9二、鋼支撐結(jié)構(gòu)形式為了確保溝槽開挖及鋼板樁安全可靠，鋼板樁墻體支撐體系尤為重要。具體支撐及安裝位置見9.3相關(guān)圖紙，支撐結(jié)構(gòu)材料如下：1）鋼板樁支護(hù)墻體坡頂處采用300*300的H型鋼圍檁。在鋼板樁豎向放出圍檁安裝位置，每隔3m焊接牛腿1個(gè)。2）鋼板樁支撐體系采用內(nèi)支撐，支撐體系采用Ф325*6mm鋼管，間距5m。三、參數(shù)信息1、鋼板樁長9m，拉森鋼板樁的主要性能參數(shù)見下表：鋼板樁示意圖及鋼板樁圍堰示意圖見下圖。鋼板樁鎖口2、地質(zhì)參數(shù)1）土層分布情況：按照其形成年代、成因類型從上至下共分為8個(gè)巖土大層，按巖性特征及其物理力學(xué)指標(biāo)可進(jìn)一步劃分為15個(gè)工程地質(zhì)亞層?，F(xiàn)對各工程地質(zhì)層特征自上而下分述如下：①1耕植土/素填土（Q4ml）：灰黃色，黃褐色，稍濕，可塑，土質(zhì)不均，以粘性土為主，含較多植物根莖及砂顆粒。該層分布連續(xù)，在拆遷廢區(qū)中多為素填土。層頂高程4.24~8.15m，平均高程5.78m，層厚0.20~2.60m，平均厚1.08m。②粉質(zhì)粘土/粘土（Q4al+pl）：黃褐色，可塑，土質(zhì)均勻，切面光滑，局部夾姜石。該層分布連續(xù)，層頂高程2.97~6.03m，平均高程4.68m，層厚0.90~3.70m，平均厚1.96m，容重值：20KN/m3；內(nèi)摩擦角值：22°；粘聚力C=23KPa。仆③犧粉質(zhì)粘土（Q厚4吃al+pl鑰）：灰黃色，沃飽和，可塑-務(wù)軟塑，局部流瀉塑，粉粒含量閘較高。該層分伏布連續(xù)，層頂守高程-2.1葵4~4.51湊m，平均高程拆2.31m，炎層厚1.00抽~6.10m另，平均厚3.崗01m，容重肢值：20KN樸/m陽3虎；內(nèi)摩擦角值照：22°；粘總聚力C=23甜KPa。褲③界粉土/粉砂（扔Q炸4益al+pl傍）：灰黃色，衫飽和，該層分印布不連續(xù)，層支薄，多為夾層騎，僅部分鉆孔思揭露。層頂高奪程0.35m理~2.33m嘩，平均高程1邊.31m，層挎厚0.30~縫1.20m，屬平均厚0.7吧2m，容重值隙：21KN/丙m絕3倚；內(nèi)摩擦角值奮：30°；粘行聚力C=10晝KPa。脫④智粉土（Q艘4館al+pl愿）：灰色，灰反黃色，濕，稍悼密-中密，土暖質(zhì)不均，切面傻粗糙。該層分術(shù)布不連續(xù)，層柔頂高程-2.困82m~3.養(yǎng)52m，平均席高程-0.1片5m，層厚0躺.60~3.烘70m，平均縱厚1.63m佛。容重值：2擊0KN/m素3酷；內(nèi)摩擦角值忽：30°；粘卡聚力C=10駐KPa。桐④奶1常淤泥質(zhì)粘土（蜘Q終4坦al+pl浸）：灰色，飽頸和，流塑，土梁質(zhì)均勻，切面蒸光滑，夾粉土登薄層。該層僅追BZ9號(hào)孔揭揚(yáng)露，層頂高程掛-0.69m負(fù)，層厚1.5牙0m。容重值創(chuàng)：16KN/緣m僑3雨；內(nèi)摩擦角值鼻：8.37°蒙；粘聚力C=搜5.25KP效a。經(jīng)各層土停加權(quán)平均，土邁的密度狀=1.89（病g/cm塞3扭），粘聚力c農(nóng)=15KPa垂，內(nèi)摩擦角φ考=20°。3、荷載參數(shù)拉溝槽頂邊1.混2m外有土方四、材料等堆放厲以及機(jī)械因素戚，綜合考慮荷挑載q=20K安Pa。段四、鋼板樁插替入深度廈1、地面荷載氧q=20K鑄Pa。稼2、溝槽開挖技深度迅本工程溝槽開憑挖深度4.9灑m。疫3、主動(dòng)土壓倡力系數(shù)Ka哨=tan2（委45°-20輩°/2）=0盛.49，慚0.7；遺按《市政工程洲施工計(jì)算實(shí)用布手冊》（以下殲計(jì)算公式均來聾自本手冊）式膠（37-36娛）計(jì)算被動(dòng)土緩壓力系數(shù)，δ泛=2只/3，被動(dòng)土董壓力內(nèi)摩擦角絹取1.3系數(shù)滿（土的內(nèi)摩擦商角狀可酌情調(diào)整，悅在密集群樁深漂度范圍內(nèi)，乘踐以1.2~1躍.4），墨=1.3壁=26°；δ早=2貴/3=13.英34°；拆K土p名=tan2否（45°+2撒0°/2）=地2.04配1）根據(jù)朗金拒土壓力理論：造最大主動(dòng)土壓斷力強(qiáng)度劉………………然……式1；雁最大被動(dòng)土壓鋤力強(qiáng)度碼………………鴨……式2；陵—溝槽開挖深口度；端—鋼板樁入土樸深度；戀2）最大主動(dòng)聲土壓力怖………………扇………………襯………………票式3；顆………………融………………救………………翠式4；壟………………譜………………體………………序………式5；取支撐點(diǎn)；得…式6；未其中板為內(nèi)支撐距鋼端板樁頂面距離息，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)覽際情況，本工亡程取鵲=0m。厲3）支撐反力因Ta褲根據(jù)平衡得支零撐反力Ta=劍Ea+Eq-掘Ep…………啞………………午…………式7促；哨2、趣淺埋單層支點(diǎn)盞樁墻頂端支撐菊法計(jì)算選最大主動(dòng)土壓哲力強(qiáng)度值=18.9*獎(jiǎng)（4.9+x舍）*0.49夏-21=9狹.26（4.艇9+x）-2郵1KPa釘最大被動(dòng)土壓談力強(qiáng)度響=38.56漠x+42.6群KPa即：；；輸將以上公式代敞入式6，解一率元三次方程得念鋼板樁入土深坦度掌=2.47m骨，過施工時(shí)尚應(yīng)乘普以K=1.1珍~1.5，本彩工程取K=1軍.2，則鋼板舍樁長=4.9奸+1.2*2絡(luò).47=7.北86m。奉施工時(shí)取9m移長鋼板樁即可嚴(yán)。釣取鋼板樁插入裁深度x=2.喪47m，加所以：燭=174.1趁0KN/m；踩=72.23奔KN/m；灑=171.4屋7KN/m；麻故T年A羨=E驅(qū)a差+E軋q馬-E紹p鏈=74.86怒KN/m=R晌a合；城3、求最大彎倉矩M裹max保和鋼板樁選型難最大彎矩發(fā)生鋼于剪力為零處據(jù)，設(shè)從撕樁礙頂往下y處剪擔(dān)力為零，則企求得y=3.并1mMmax=支求得M扛max響=139KN苦·m饞即每延米曬樁飽體承受的最大神彎矩為139拐KN·m，發(fā)憤生于京樁龜頂下3.1m剝處。量根據(jù)求得的最戒大彎矩和板樁償材料的容許應(yīng)幫力（參見《公島路橋梁鋼結(jié)構(gòu)鉆及木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)件規(guī)范》，一般毀取[f]=1嗽70~200錢N/mm謀2房），即可選擇牢板樁的截面、脹型號(hào)。夕最大應(yīng)力計(jì)算思值擺σ=M/W氏β=1390滔00/227醋0*1=6星1.23N腫/mm房2香<200N斤/mm槐2謎其中β-鋼板錦樁截面抵抗矩辣折減系數(shù)，當(dāng)總樁頂設(shè)有整體都圍檁時(shí)取β=遮1，不設(shè)置時(shí)笑取β=0.7薦；選擇9m拉恒森IV型鋼醉板樁，入土深治度3.6m，抹溝槽深度4.貫9m，露出地午面0.5m。川五、圍檁、內(nèi)靈支撐驗(yàn)算閉1）鋼圍檁擬溜采用300*侵300的H型柳鋼，支撐體系然采用Ф325榴*6mm鋼管胃，詳見溝槽防歪護(hù)支撐布置圖純，首先施工鋼掏板樁，圍檁、進(jìn)內(nèi)支撐等隨開斜挖隨施工。宿2）本次驗(yàn)算懸取亮內(nèi)支撐畫的間距l(xiāng)=5摘m，簡略計(jì)算垮如下圖：擁作用迅線荷載q=謙TA=74.繭86kN/m籌；仰最大彎矩M=膀0.1ql哪2殿=0.1*7榆4.86*5顧2鄰=187.1源5KN?m；欣300*30絲0的H型鋼最率大彎曲應(yīng)力：漸滿足強(qiáng)度要求寇；飽300*30剪0的H型鋼剛壩度：疫滿足剛度要求給。瞎3）內(nèi)支撐適強(qiáng)度驗(yàn)算：凡內(nèi)支撐采用Ф楊325*6m馬m鋼管，單根色的軸力為N=坐74.86*病5=374.巷3KN.睛Φ325鋼管機(jī)最大彎曲應(yīng)力嚴(yán)：棗其中截面抵抗凡矩A=π（d秘外雷2升-d廚內(nèi)毀2煉）/4=60向13mm登2或滿足強(qiáng)度要求炮；雙六、溝槽底部刊隆起穩(wěn)定性計(jì)華算遮支撐式支擋結(jié)勢構(gòu)，其嵌固深呼度應(yīng)滿足坑底艘隆起穩(wěn)定性要張求，抗隆起穩(wěn)柴定性可按下列任公式驗(yàn)算：堅(jiān)式中：虜虧D——墻體插傭入深度（m愚）；展h0——溝謠槽開挖深度（視m）；少q——地面輔以上均布荷載哄（KPa）；墓c——支護(hù)志樁拒底處的地基土龜粘聚力（KP雷a）皮γ纖1昨——溝槽外地尼表至孤樁回底，各土層天脈然重度的加權(quán)撞平均值（KN叛/m雀3參）；送γ亡2沒——溝槽里地策表至榴樁說底，各土層天揭然重度的加權(quán)近平均值（KN患/m疾3蓬）；普N雹cp畫、N煮qp薦——地基極限手承載力系數(shù)；率用普朗特爾公滴式，N騙cp掌、N補(bǔ)qp妖如下：迫──支護(hù)渡樁住底處土的內(nèi)摩暖擦角（0）拖近K春L──抗隆起斑安全系數(shù)；考切慮圖中A'B鞠'面上抗剪強(qiáng)阻度抵抗隆起作跌用未考慮，固逼安全系數(shù)KL綿可取低一些，傲要求KL≥1羽.1~1.2屈。閘計(jì)算隆起穩(wěn)定昆性示意圖蜻查地勘報(bào)告有佛各土層物理力波學(xué)指標(biāo)：天然衣容重γ銷1桌=18.9（冶g/cm兆3壯），γ東2諸=20.7（福g/cm粥3歉）。傘支護(hù)墻底處土旗的內(nèi)摩擦角值土：22°；粘慌聚力C=23溪KPa。穴鋼板樁插勁④廈粉土（Q嚇4步